1895. november 8-án kísérleteiben Röntgen a kisülési csőben az elektromos kisülést kísérő fényjelenségek kiszűrésére a csövet nem átlátszó fekete kartonpapírba csomagolta, így próbálta vizsgálni a katódsugár által előidézett fényt. Amikor a szikrainduktort a csőre kapcsolta, meglepődve tapasztalta, hogy a sötét laboratóriumban a cső közelében lévő, bárium-platina-cianiddal bevont papírlemez ernyő fluoreszkálni kezd, azaz fényforrásként viselkedik. Vizsgálni kezdte a titokzatos fény forrását.

Amikor a cső és a világító papírlemez közé deszkát, jegyzetfüzetet helyezett, akkor is világított, csak haloványabban. Még jobban megdöbbent azon, hogy amikor kézfejét helyezte a cső és papírlemez közé, a lemezen a kézcsontjainak árnyképe tűnt elő. A fényforrás megszűnt, amikor a kisülési csőről lekapcsolta a feszültséget.

A lemez már másfél–két méterről fénylett, tehát nem lehetett oka a katódsugárzás (az már néhány centiméter levegőben elnyelődik). A következő napokban és hetekben éjjel-nappal a laboratóriumban vizsgálta az új sugár tulajdonságait. Kimutatta, hogy a cső egy meghatározott részéből egyenes vonalban lép ki a sugárzás. Megállapította, hogy az új sugárzást – amit első dolgozatában X-sugárnak nevezett el – eltérő mértékben nyelik el a különböző anyagok, a fényhez hasonlóan egyenesen terjed, hatása fényképfelvételeken rögzíthető. Felesége kezéről mintegy 20 perc expozíciós idővel készített felvételt.